Закономерности текстурирования и особенности термоэлектрических свойств материалов на основе теллурида висмута, полученных с помощью искрового плазменного спекания исходных порошков с различной морфологией частиц

Разработка новых эффективных источников электрической энергии во многом определяет развитие современной техники и технологий. Сокращение запасов ископаемого топлива и проблемы выброса парниковых газов стимулируют интерес со стороны науки и промышленности к разработке альтернативных «зеленых» возобновляемых источников энергии, а также созданию новых технологий преобразования энергии для повышения общей энергоэффективностb. Термоэлектричество - простое и экологичное решение для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Несмотря на то, что в последнее десятилетие достигнут значительный прогресс в увеличении термоэлектрической добротности материалов, коммерческое применение термоэлектрических устройств ограничено их низкой энергоэффективностью. Термоэлектрические генераторы обладают многими другими достоинствами (надежность, долговечность, бесшумность работы и т.д.). Однако эти достоинства термоэлектрических генераторов нивелируются их низким коэффициентом преобразования тепловой энергии в электрическую (как правило, не превышает ~8%). Соединения на основе теллурида висмута Bi2Te3 электронного и дырочного типа проводимости в настоящее время являются основным материалом для низкотемпературных термоэлектрических применений. Особенностью этих соединений является их способность текстурироваться при приложении одноосного давления в процессе получения поликристаллических образцов. Текстурирование частично восстанавливает кристаллическую анизотропию термоэлектрических свойств, характерную для монокристаллов, и может быть использовано в качестве важного параметра для повышения термоэлектрической добротности материалов. Способность поликристаллических соединений Bi2Te3 к текстурированию определяется, во-первых, морфологией частиц исходного порошка, используемого для получения объемного поликристаллического материала, и, во-вторых, способом компактирования и/или спекания объемного материала. В настоящее время для формирования текстуры в соединениях на основе теллурида висмута используют различные способы компактирования исходных порошков, основанные на одноосном прессовании (холодное прессование в пресс-формах, экструзия, искровое плазменное спекание и т.д.). Одним из основных преимуществ искрового плазменного спекания, является малое время процесса, составляющее, как правило, несколько минут, что позволяет свести к минимуму изменения в морфологии и размерах частиц исходного порошка, т.е. размер и форма зерен поликристаллических образцов после искрового плазменного спекания будет преимущественно определяться размером и формой частиц в соответствующем исходном порошке. Установление закономерностей и механизмов развития текстуры в поликристаллических материалах на основе теллулида висмута, полученных с помощью искрового плазменного спекания исходных порошков с различной морфологией частиц, и установление влияния особенностей текстурирования, развиваемого при использовании таких порошков, на термоэлектрические свойства материалов, является важной задачей на пути решения актуальной проблемы современного термоэлектрического материаловедения – повышение термоэлектрической добротности материалов.